DE102013016798A1 - Battery with a large number of individual battery cells - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (6) mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen (1), mit zwischen Folien eingeschweißten elektrochemisch aktiven Elementen, wobei die Batterieeinzelzellen (1) jeweils zwischen zwei Rahmenelementen (4, 4') aufgenommen sind, und wobei die Batterieeinzelzellen (1) mit den Rahmenelementen (4, 4') zu einem Stapel (10) aufgestapelt sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Rahmenelemente (4') eine sich quer zur Stapelrichtung erstreckende Schottwand (12) oder mindestens eine Querstrebe (14) aufweisen.The invention relates to a battery (6) having a multiplicity of individual battery cells (1) with electrochemically active elements welded between the films, the individual battery cells (1) each being accommodated between two frame elements (4, 4 '), and the individual battery cells (1 ) are stacked with the frame members (4, 4 ') to a stack (10). The invention is characterized in that at least some of the frame elements (4 ') have a bulkhead (12) extending transversely to the stacking direction or at least one transverse strut (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft sie die Verwendung einer solchen Batterie.The invention relates to a battery having a plurality of individual battery cells according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art also relates to the use of such a battery.

Batterien mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie werden typischerweise als Hochleistungs- oder Hochvoltbatterien bezeichnet und finden ihren Einsatz unter anderem als Traktionsbatterien in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, also Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen. Die Batterieeinzelzellen werden innerhalb der Batterie zu einem Stapel aufgestapelt und bilden dann, meist in ein Gehäuse eingeschlossen, die Gesamtbatterie. Die Batterieeinzelzellen werden konstruktiv dabei auf verschiedene Art ausgeführt. Eine sehr gebräuchliche Variante sind Batterieeinzelzellen, bei welchen die elektrochemisch aktiven Elemente der Batterieeinzelzelle zwischen Folien eingeschweißt ausgebildet sind, wobei lediglich Anschlussfahnen durch die Folien nach außen ragen. Dieser Bautyp wird typischerweise als Pouchzelle oder gelegentlich auch als Coffeebag-Zelle bezeichnet. Zur Stabilisierung werden die Batterieeinzelzellen dabei häufig zwischen Rahmenelementen aufgenommen, wie es beispielsweise in der DE 10 2010 055 610 A1 sowie dem darin genannten und beschriebenen Stand der Technik, erläutert ist. Dieser Aufbau ist an sich, gegenüber herkömmlichen Aufbauten, bei denen jede der Batterieeinzelzellen in einem eigenen Fach, beispielsweise innerhalb eines Batteriegehäuses angeordnet ist, sehr viel einfacher und leichter im Aufbau und lässt sich kostengünstiger und kleiner realisieren. Das Einklemmen der Pouchzellen zwischen Rahmenteile ist damit diesen herkömmlichen Aufbauten, wie sie beispielsweise in der DE 10 2009 055 852 A1 oder der EP 1 950 070 A1 beschrieben sind, überlegen.Batteries having a plurality of single cell batteries are known in the art. They are typically referred to as high-performance or high-voltage batteries and find their use inter alia as traction batteries in at least partially electrically powered vehicles, ie electric vehicles or hybrid vehicles. The battery cells are stacked within the battery in a stack and then form, usually enclosed in a housing, the total battery. The individual battery cells are structurally designed in different ways. A very common variant are single battery cells, in which the electrochemically active elements of the single cell battery are formed between foils welded in, with only terminal lugs protrude through the films to the outside. This type of construction is typically referred to as a pouch cell or occasionally as a coffee bag cell. To stabilize the battery cells are often included between frame elements, as for example in the DE 10 2010 055 610 A1 and the prior art mentioned therein and described. This structure is in itself, compared to conventional structures, in which each of the battery cells in a separate compartment, for example, located within a battery case, much simpler and lighter in construction and can be realized cheaper and smaller. The pinching of the pouch cells between frame parts is so these conventional structures, as for example in the DE 10 2009 055 852 A1 or the EP 1 950 070 A1 are described, superior.

Ein Problem bei dem Aufbau mit zwischen Rahmenelementen eingeklemmten Pouchzellen ist jedoch der, dass die Batterieeinzelzellen in dem Stapel nur an ihrem Außenumfang, also im Bereich der Siegelnaht der Folien gehalten werden. Sie können unter Einwirkung von mechanischer Last bzw. Beschleunigung damit senkrecht zur Zellfläche, also in Stapelrichtung, schwingen. Eine solche Schwingung, welche insbesondere bei einem Einsatz der Batterie in Fahrzeugen aufgrund der auftretenden Beschleunigungen und Querbeschleunigungen nicht gänzlich zu vermeiden ist, führt typischerweise zu einer schwingenden Belastung der Siegelnaht der Folien und insbesondere zu einer schwingenden Belastung der Stromableiter, welche typischerweise in Form von Blechen durch die Siegelnaht der miteinander verschweißten Folien hindurchragen. Die Stromableiter sowie die Siegelnaht können unter der andauernden mechanischen Belastung durch die Schwingungen leicht geschädigt werden, sodass es einerseits zu einer Undichtheit der Batterieeinzelzelle oder schlimmstenfalls zu einem Abreißen der Stromableiter kommen kann, was zu einem Funktionsausfall der Batterieeinzelzelle oder, bei einem teilweise Einreißen eines der Stromableiter, auch zu einem elektrischen Überschlag zwischen den Einzelteilen des Stromableiters mit einer extrem hohen Wärmeentwicklung führen kann. Dies schädigt die Batterieeinzelzelle sowie benachbarte Batterieeinzelzellen und kann zu einem kritischen Zustand führen, welcher im schlimmsten Fall bis zu einem Brand des Elektrolyten reicht.However, one problem with the construction with pouch cells clamped between frame elements is that the battery individual cells in the stack are held only on their outer circumference, that is to say in the region of the sealed seam of the foils. Under the influence of mechanical load or acceleration, they can oscillate perpendicular to the cell surface, ie in the stacking direction. Such a vibration, which can not be completely avoided, especially when the battery is used in vehicles due to the accelerations and transverse accelerations that occur, typically leads to a vibrating load on the sealed seam of the films and, in particular, to a vibrating load on the current conductors, which are typically in the form of metal sheets protrude through the sealed seam of the welded together foils. The current collector and the sealing seam can easily be damaged under the ongoing mechanical stress of the vibrations, so that it can lead to a leakage of the battery single cell or at worst to a tearing off of the current conductor, resulting in a malfunction of the battery single cell or, in a partial rupture of the Current conductor, can also lead to an electric flashover between the parts of the current conductor with an extremely high heat development. This damages the single battery cells as well as adjacent battery cells and can lead to a critical condition which, in the worst case, can lead to a fire of the electrolyte.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es nun, den an sich bekannten Aufbau dahingehend zu verbessern, dass dieser mit minimalem zusätzlichem Bauvolumen und Gewicht eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer und der Sicherheit ermöglicht.The object of the present invention is now to improve the known structure to the effect that this allows a significant increase in life and safety with minimal additional volume and weight.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 10 eine bevorzugte Verwendung der Batterie angegeben.According to the invention this object is achieved by a battery having the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the remaining dependent claims. In addition, a preferred use of the battery is specified in claim 10.

Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist es vorgesehen, dass zumindest einige der Rahmenelemente, zwischen welchen die Pouchzellen angeordnet sind, eine sich quer zur Stapelrichtung erstreckende Schottwand oder wenigstens eine Querstrebe, bevorzugt mehrere Querstreben, aufweisen. Hierdurch können Bewegungen der Batterieeinzelzellen in Stapelrichtung, insbesondere Schwingungen, eingeschränkt werden. Im Falle einer in Stapelrichtung oder mit einer Richtungskomponente in Stapelrichtung auftretenden Beschleunigung auf die Batterieeinzelzellen kann es dann nur noch zu einer sehr kleinen Schwingungsamplitude kommen, bis die Batterieeinzelzelle an der Schottwand oder den Querstrebe(-n) ansteht und durch diese in der Amplitude ihrer Schwingung eingeschränkt wird. Die mechanische Stabilität und die Langlebigkeit der Batterie werden hierdurch verbessert. Die Ausbildung eines Rahmenelements mit Querstreben hat dabei gegenüber der Ausbildung des Rahmenelementes mit einer Schottwand den Vorteil, dass zusätzlich Gewicht eingespart wird. Dabei kann auch durch die Querstrebe beziehungsweise bevorzugt mehrere sich vorteilhafterweise kreuzende Querstreben in dem Rahmenelement eine sehr gute Einschränkung der Schwingungsamplitude erzielt werden.In the case of the battery according to the invention, it is provided that at least some of the frame elements between which the pouch cells are arranged have a bulkhead extending transversely to the stacking direction or at least one transverse strut, preferably a plurality of transverse struts. As a result, movements of the battery individual cells in the stacking direction, in particular oscillations, can be restricted. In the case of an acceleration occurring in the stacking direction or with a directional component in the stacking direction, only a very small oscillation amplitude can then occur until the single cell of the battery is applied to the bulkhead or the transverse strut (-n) and through this in the amplitude of its oscillation is restricted. The mechanical stability and longevity of the battery are thereby improved. The formation of a frame element with cross struts has the advantage over the embodiment of the frame element with a bulkhead that additional weight is saved. In this case, a very good restriction of the oscillation amplitude can be achieved by the cross member or preferably a plurality of advantageously crossing cross members in the frame member.

Im Prinzip ist es denkbar, in jedem der Rahmenelemente eine derartige Schottwand oder Querstrebe(-n) vorzusehen. Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich einige der Rahmenelemente eine Schottwand oder Querstrebe(-n) aufweisen, und abwechselnd mit einem oder insbesondere mehreren Rahmenelementen ohne Schottwand oder Querstrebe(-n) in dem Stapel verbaut sind. Die Integration einer Schottwand oder Querstrebe(-n) lediglich in einige der Rahmenelemente erlaubt eine Einschränkung der Amplituden der Schwingungen der Batterieeinzelzelle, in dem beispielsweise nach einem Block von 5–8 Batterieeinzelzellen ein Rahmenelement mit Schottwand oder Querstrebe(-n) eingesetzt wird, sodass mit minimalem Mehraufwand hinsichtlich des Bauvolumens und des Gewichts dennoch eine ausreichend große Begrenzung der Schwingungsamplituden erzielt werden kann.In principle, it is conceivable in each of the frame elements such a bulkhead or Provide cross strut (-n). According to a particularly favorable and advantageous development of the battery according to the invention, however, it can also be provided that only some of the frame elements have a bulkhead or crossbar (-n), and alternately with one or more frame elements without bulkhead or crossbar (-n) in the Stack are installed. The integration of a bulkhead or cross brace (-n) only in some of the frame elements allows a restriction of the amplitudes of the vibrations of the battery single cell, in which, for example, after a block of 5-8 battery cells a frame element with bulkhead or cross strut (-n) is used, so Nevertheless, a small enough limitation of the vibration amplitudes can be achieved with a minimum of additional expenditure with regard to the construction volume and the weight.

Die Rahmenelemente können im Prinzip als Teilrahmen ausgebildet sein, welche jeweils eine der Batterieeinzelzellen zwischen zwei Teilrahmen aufnehmen und so einen Aufbau aus Rahmen mit eingeschlossener Batterieeinzelzelle bilden. Dieser Aufbau wird dann zu dem Stapel aufgestapelt. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee ist es vorgesehen, dass jedes der Rahmenelemente mit zwei benachbarten Batterieeinzelzellen in Kontakt steht, wobei der Stapel an seinen Enden durch jeweils eine Druckbrille mit integriertem Endrahmen abgeschlossen wird. Dieser Aufbau mit lediglich einem einstückigen Rahmenteil zwischen jeweils zwei benachbarten Batterieeinzelzellen und entsprechenden Druckbrillen mit integrierten Endrahmen am Ende des Stapels sorgt für einen sehr einfachen Aufbau mit einer minimalen Anzahl an Bauteilen, was den Aufbau sowohl hinsichtlich der Montage als auch hinsichtlich der Kosten für die Einzelteile entsprechend günstig macht.The frame elements may in principle be formed as a subframe, each receiving one of the battery individual cells between two sub-frames and thus form a structure of frame with enclosed single battery cell. This assembly is then piled up to the stack. According to a very advantageous development of the idea according to the invention, it is provided that each of the frame elements is in contact with two adjacent battery individual cells, wherein the stack is terminated at its ends by a pressure goggles with an integrated end frame. This construction with only a one-piece frame part between each two adjacent battery individual cells and corresponding pressure gauges with integrated end frame at the end of the stack provides for a very simple construction with a minimum number of components, what the structure both in terms of assembly and in terms of the cost of the items makes correspondingly favorable.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die Schottwand oder Querstrebe(-n) in dem Rahmenelement zwischen den beiden benachbarten Batterieeinzelzellen angeordnet ist. In dieser besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie befindet sich die Schottwand oder Querstrebe(-n) in einem der Rahmenelemente, und zwar so, dass diese zwischen den beiden zu dem Rahmenelement benachbarten Batterieeinzelzellen liegt und somit die Amplitude der Batterie bei eventuell auftretenden Schwingungen in Stapelrichtung entsprechend einschränkt. Die Endrahmen können dabei typischerweise ebenfalls eine Schottwand oder quer zur Stapelrichtung verlaufende Streben aufweisen, welche entweder in den Endrahmen und/oder die Druckbrille integriert ausgebildet sind. Diese sind zum Verspannen des Stapels ohnehin notwendig, sodass an den Stapelenden ebenfalls eine Beschränkung der Amplitude eine eventuelle Schwingung der Batterieeinzelzellen in Stapelrichtung erfolgt.In a very advantageous development of this idea, it is provided that the bulkhead or transverse strut (-n) is arranged in the frame element between the two adjacent battery individual cells. In this particularly favorable embodiment of the battery according to the invention, the bulkhead or cross strut (-n) is located in one of the frame elements, in such a way that it lies between the two adjacent to the frame element battery cells and thus the amplitude of the battery in case of any vibrations occurring in the stacking direction Restricts accordingly. The end frames can typically also have a bulkhead or transverse to the stack direction struts, which are formed either integrated into the end frame and / or the pressure goggles. These are necessary for bracing the stack anyway, so that at the stack ends also a limitation of the amplitude is a possible vibration of the battery cells in the stacking direction.

Die Rahmenelemente können dabei insbesondere aus Kunststoff ausgebildet sein und werden vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt. Eine solche Ausbildung der Rahmenelemente aus Kunststoff sowie ihre Herstellung durch Spritzgießen ist besonders einfach und effizient, sodass Kosten und Gewicht der Rahmenelemente sehr gering gehalten werden können. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei die Schottwand oder die Querstrebe(-n) einstückig mit dem Rahmenelement ausgebildet sein, oder alternativ dazu auch als Einlegeteil realisiert sein, welches insbesondere bei der Herstellung des Rahmenelements von dem Material des Rahmenelements umspritzt wird.The frame members may be formed in particular from plastic and are preferably produced by injection molding. Such a design of the frame members made of plastic and their production by injection molding is particularly simple and efficient, so that the cost and weight of the frame members can be kept very low. According to an advantageous development, the bulkhead or the transverse strut (-n) may be integrally formed with the frame element, or alternatively be implemented as an insert, which is in particular encapsulated in the manufacture of the frame member of the material of the frame member.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Batterie in einer oder mehreren der beschriebenen Ausgestaltungen ermöglicht somit eine Batterie, welche weiterhin sehr einfach, kostengünstig, klein und leicht realisiert werden kann. Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Batterie den Vorteil, dass sie die Amplitude von eventuell auftretenden Schwingungen der Batterieeinzelzellen in Stapelrichtung entsprechend einschränkt und damit eine höhere Lebensdauer und eine sichere und zuverlässige Funktionsweise der Batterie gewährleistet. Da Beschleunigungen und Querbeschleunigungen insbesondere beim Einsatz von Batterien in Fahrzeugen auftreten können, kann die erfindungsgemäße Batterie somit insbesondere als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug eingesetzt werden, da hier all ihre Vorteile von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit und lang anhaltende Funktion des Fahrzeugs sind.The construction of the battery according to the invention in one or more of the embodiments described thus enables a battery which can furthermore be realized very simply, inexpensively, small and easily. In addition, the battery according to the invention has the advantage that it restricts the amplitude of any vibrations of the individual battery cells in the stacking direction and thus ensures a longer life and a safe and reliable operation of the battery. Since accelerations and lateral accelerations can occur especially in the use of batteries in vehicles, the battery according to the invention can thus be used in particular as a traction battery in an at least partially electrically powered vehicle, since all its advantages are of crucial importance for the safety and long-lasting function of the vehicle ,

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich ferner aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.Further advantageous embodiments of the battery according to the invention will become apparent from the remaining dependent subclaims and will be apparent from the embodiment, which will be described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Batterieeinzelzelle mit zwei Rahmenelementen; 1 a single battery cell with two frame elements;

2 eine Schnittdarstellung durch ein Rahmelement; 2 a sectional view through a Rahmelement;

3 eine Schnittdarstellung durch eine zwischen zwei Rahmenelementen aufgenommene Batterieeinzelzelle; 3 a sectional view through a recorded between two frame elements single battery cell;

4 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines Rahmenelements mit Schottwand gemäß der Erfindung; 4 a sectional view of a first embodiment of a frame member with bulkhead according to the invention;

5 eine Schnittdarstellung durch eine alternative Ausführungsform eines Rahmenelements mit Schottwand gemäß der Erfindung; 5 a sectional view through an alternative embodiment of a frame member with bulkhead according to the invention;

6 eine Ansicht einer Ausführungsform eines Rahmenelementes mit Querstreben gemäß der Erfindung; 6 a view of an embodiment of a frame member with transverse struts according to the invention;

7 einen Stapel von Batterieeinzelzellen in einer teilweisen Explosionsdarstellung; 7 a stack of battery cells in a partial exploded view;

8 eine dreidimensionale Gesamtansicht einer Batterie gemäß der Erfindung; und 8th a three-dimensional overall view of a battery according to the invention; and

9 eine Schnittdarstellung durch die Batterie gemäß 7. 9 a sectional view through the battery according to 7 ,

In der Darstellung der 1 ist in dreidimensionaler Ansicht eine Batterieeinzelzelle 1 zu erkennen. Die Batterieeinzelzelle 1 ist dabei als sogenannte Pouchzelle 1 ausgebildet, welche ihre elektrochemisch aktiven Elemente, also ein Stapel aus Elektroden, Separatoren und den Elektrolyt, zwischen zwei im Bereich einer umlaufenden Siegelnaht 2 miteinander verschweißten Folien aufweist. Durch die miteinander verschweißten Folien ragen an der Oberseite lediglich zwei Stromableiter 3 hindurch. Zur mechanischen Stabilisierung dieser als Pouchzelle 1 ausgebildeten Batterieeinzelzelle 1 wird diese nun zwischen zwei Rahmenelementen 4 aufgenommen, wobei die Rahmenelemente 4 mit einem umlaufend angeordneten Elastomer 5 versehen sind, welches die Batterieeinzelzellen im Bereich der Siegelnaht 2 entsprechend klemmt und unter Ausgleich von eventuell auftretenden Toleranzen, aufgrund der Elastizität des Elastomers 5, mit den Rahmenelementen 4 zu der in 8 dargestellten Gesamtbatterie 6 verspannt. Durch Öffnungen 7 in den Rahmenelementen 4 verlaufen dabei Zuganker 8, welche in der Darstellung der 6 zu erkennen sind, und welche einen Stapel, welcher abwechselnd aus Batterieeinzelzellen 1 und Rahmenelementen 4 besteht, mit zwei abschließenden Druckbrillen 9 mit integrierten Endrahmen zu dem in 6 dargestellten Stapel 10 verspannt. In dem mit den Stromableitern 3 zusammenwirkenden Bereich der Rahmenelemente 4 sind dabei abwechselnd auf der einen und der anderen Seite elektrische Zellverbinder 11 angeordnet, welche die Stromableiter 3 der benachbarten Batterieeinzelzellen 1 abwechselnd untereinander verbinden und so für eine Reihenschaltung der in dem Stapel 10 verbauten Batterieeinzelzellen 1 sorgen.In the presentation of the 1 is a single cell battery in three-dimensional view 1 to recognize. The single battery cell 1 is there as a so-called pouch cell 1 formed, which are their electrochemically active elements, ie a stack of electrodes, separators and the electrolyte, between two in the region of a circumferential sealed seam 2 having welded together foils. Due to the films welded together, only two current conductors protrude at the top 3 therethrough. For the mechanical stabilization of this as a pouch cell 1 trained single battery cell 1 this will now be between two frame elements 4 taken, the frame elements 4 with a circumferentially arranged elastomer 5 are provided, which the battery cells in the region of the sealed seam 2 accordingly clamped and compensated for any tolerances, due to the elasticity of the elastomer 5 , with the frame elements 4 to the in 8th illustrated total battery 6 braced. Through openings 7 in the frame elements 4 There are tie rods 8th , which in the representation of the 6 can be seen, and which a stack, which alternately from battery cells 1 and frame elements 4 exists, with two final pressure goggles 9 with integrated end frames to the in 6 illustrated pile 10 braced. In that with the current conductors 3 cooperating area of the frame elements 4 are alternately on one side and the other electrical cell connectors 11 arranged, which the current collector 3 the neighboring battery cells 1 alternately connect to each other and so for a series circuit in the stack 10 built-in battery cells 1 to care.

In der Darstellung der 2 ist eine Schnittdarstellung durch eines der Rahmenelemente 4 mit den integrierten umlaufenden Elastomeren 5 zu erkennen. In der Darstellung der 3 ist eine Schnittdarstellung durch den komplettierten Aufbau analog zur Darstellung in 1 zu erkennen. Die einzige hier dargestellte Batterieeinzelzelle 1 ist dabei zwischen den beiden Rahmenelementen 4 bzw. ihren umlaufenden Elastomeren 5 entsprechend eingeklemmt und gehalten. Kommt es zu einer Beschleunigung mit einer Richtungskomponente in Stapelrichtung, so kann es nun bei der in 3 dargestellten Ausführung zu einer Schwingung der Batterieeinzelzelle kommen, wie sie durch den mit S bezeichneten Pfeil prinzipmäßig angedeutet ist. Bei einer entsprechend großen Amplitude dieser Schwingung kann es zu einer Beschädigung der Siegelnaht 2 und/oder der durch die Siegelnaht 2 verlaufenden Stromableiter 3, welche ebenfalls zwischen den Rahmenelementen 4 bzw. Elastomeren 5 der Rahmenelemente 4 eingeklemmt sind, kommen. Um dies zu verhindern, kann es nun vorgesehen sein, dass einzelne Rahmenelemente in der in 4 bezeichneten Art ausgebildet sind. Dieses Rahmenelement wird mit 4' bezeichnet. Es weist im Gegensatz zu den bisher gezeigten Rahmenelementen 4 eine Schottwand 12 auf, welche in der hier dargestellten Ausführungsform in das Rahmenelement 4' integriert ausgebildet und einstückig mit diesem hergestellt ist. Das Rahmenelement 4' kann beispielsweise, analog zur Herstellung der Rahmenelemente 4, als Spritzgussteil hergestellt werden, welches, anders als die Rahmenelemente 4, die integrierte Schottwand 12 aufweist. Ansonsten entspricht der Aufbau des Rahmenelements 4' dem der Rahmenelemente 4, auch das Rahmenelement 4' weist entsprechend die Elastomere 5 zum Einklemmen der Siegelnaht 2 bzw. der Stromableiter 3 auf.In the presentation of the 2 is a sectional view through one of the frame elements 4 with the integrated surrounding elastomers 5 to recognize. In the presentation of the 3 is a sectional view through the completed structure analogous to the representation in 1 to recognize. The only battery single cell shown here 1 is between the two frame elements 4 or their circulating elastomers 5 clamped and held accordingly. If there is an acceleration with a directional component in the stacking direction, it can now be used at the in 3 shown execution to a vibration of the single battery cell, as indicated by the arrow indicated by S in principle. With a correspondingly large amplitude of this vibration, it can damage the sealed seam 2 and / or through the sealed seam 2 extending current conductor 3 which also between the frame elements 4 or elastomers 5 the frame elements 4 are trapped, come. To prevent this, it can now be provided that individual frame elements in the in 4 designated type are formed. This frame element comes with 4 ' designated. It has in contrast to the frame elements shown so far 4 a bulkhead 12 on, which in the embodiment shown here in the frame element 4 ' integrally formed and manufactured in one piece with this. The frame element 4 ' can, for example, analogous to the production of the frame elements 4 , are manufactured as an injection molded part, which, unlike the frame elements 4 , the integrated bulkhead 12 having. Otherwise, the structure of the frame element corresponds 4 ' that of the frame elements 4 , also the frame element 4 ' has the corresponding elastomers 5 for clamping the sealed seam 2 or the current conductor 3 on.

Eine alternative Ausführungsform des Rahmenelements 4' ist in der Darstellung der 5 zu erkennen. Anstelle der einstückig mit dem Rahmenelement 4' ausgebildeten Schottwand 12 ist die Schottwand 12 in diesem Beispiel als Einlegeteil ausgeführt, welches beispielsweise von dem Kunststoff des Rahmenelements 4 beim Herstellen desselben umspritzt wird.An alternative embodiment of the frame element 4 ' is in the representation of 5 to recognize. Instead of integrally with the frame element 4 ' trained bulkhead 12 is the bulkhead 12 executed in this example as an insert, which, for example, of the plastic of the frame member 4 during the production of the same is injected.

In der Darstellung der 6 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Rahmenelementes 4' zu erkennen. Anstelle der Schottwand 12 weist das Rahmenelement 4' mehrere Querstreben 14 auf, welche sich kreuzend durch das Rahmenelement 4' erstrecken. Gegenüber einer in der Fläche geschlossenen Schottwand 12 weisen die Querstreben 14 dabei den Vorteil eines geringeren Gewichts bei der gleichen oder zumindest annähernd gleichen Festigkeit in Stapelrichtung auf. Die Funktionalität der Rahmenelemente 4', egal ob sie gemäß der Darstellung in 4, 5 oder 6 ausgebildet sind, ist im Wesentlichen dieselbe.In the presentation of the 6 is another alternative embodiment of the frame member 4 ' to recognize. Instead of the bulkhead 12 has the frame element 4 ' several cross struts 14 on which crossing through the frame element 4 ' extend. Opposite a closed bulkhead in the area 12 have the cross struts 14 In this case, the advantage of a lower weight at the same or at least approximately the same strength in the stacking direction. The functionality of the frame elements 4 ' , regardless of whether they are as shown in 4 . 5 or 6 are formed, is essentially the same.

In der Darstellung der 7 ist wie bereits angesprochen eine Explosionsdarstellung des Stapels 10 der Batterieeinzelzellen 1 mit den Rahmenelementen 4 und 4' zu erkennen. Im Aufbau des bereits komplettierten Stapels 10 sind die Rahmenelemente 4' dabei lediglich durch ihre in Stapelrichtung etwas größere Abmessung im Detail zu erkennen, während alle anderen Rahmen in der Art der Rahmenelemente 4 ausgebildet sind. Über die beiden Druckbrillen 9 mit integrierten Endrahmen und die bereits angesprochenen Zuganker 8 werden die Batterieeinzelzellen 1 zusammen mit den Rahmenelementen 4 und den Rahmenelementen 4' zu dem Stapel 10 verspannt. Die Druckbrillen 9 weisen dabei analog zur Ausführung des Rahmenelementes 4' in der Darstellung gemäß 6 Querstreben 14 auf. Der Stapel 10 wird dann durch Aufbringen einer wärmeleitenden aber elektrisch isolierenden Schicht auf die oben liegenden Zellverbinder 11 sowie das anschließende Aufbringen von beispielsweise zwei Kühlplatten 13 zur Kühlung der Batterie 6 komplettiert. Dieser Aufbau ist in der Darstellung der 8 zu erkennen. In der Schnittdarstellung der 9 ist nun nochmals zu erkennen, dass, ausgehend vom linken Rand in Stapelrichtung nach der Druckbrille mit integriertem Endrahmen, erst einige Batterieeinzelzellen 1 zwischen Rahmenelementen 4 aufgenommen sind, wobei dann zwischen zwei der Batterieeinzelzellen 1 ein Rahmenelement 4' mit der Schottwand 12 oder den Querstreben 14 angeordnet ist, und so weiter. Es reicht zur Darstellung einer sicheren Batterie, welche zu große Amplituden der Batterieeinzelzellen 1 in Stapelrichtung sicher ausschließt aus, wenn bei dem in 9 beispielhaft dargestellten Aufbau beispielhaft vier Schottwände 12 – oder alternativ dazu Querstreben 14 – vorhanden sind, welche jeweils fünf bis acht Batterieeinzelzellen 1 in Rahmenelementen 4 ohne Schottwände zwischen sich einschließen. Hierdurch entsteht ein sehr kompakter Aufbau, da die geringfügig breiteren Rahmenelemente 4 nicht durchgängig sondern lediglich viermal innerhalb des gesamten Stapels 10 eingesetzt werden müssen, wodurch neben dem Bauraum auch Gewicht und Materialkosten eingespart werden. Dennoch reicht der Einsatz der Schottwände 12 zwischen jeweils fünf bis acht der Batterieeinzelzellen 1 aus, um eventuell auftretende Schwingungen in ihrer Amplitude so stark einzuschränken, dass eine nachhaltige Schädigung der Batterieeinzelzellen 1 sicher und zuverlässig ausgeschlossen werden kann.In the presentation of the 7 is as already mentioned an exploded view of the stack 10 the battery cells 1 with the frame elements 4 and 4 ' to recognize. In the construction of the already completed stack 10 are the frame elements 4 ' only by their in the stacking direction to recognize slightly larger dimension in detail, while all other frames in the type of frame elements 4 are formed. About the two pressure goggles 9 with integrated end frame and the already mentioned tie rods 8th become the battery single cells 1 together with the frame elements 4 and the frame elements 4 ' to the stack 10 braced. The pressure goggles 9 have this analogous to the execution of the frame element 4 ' in the illustration according to 6 crossbars 14 on. The stack 10 is then applied by applying a thermally conductive but electrically insulating layer on the top cell connectors 11 and the subsequent application of, for example, two cold plates 13 for cooling the battery 6 completed. This structure is in the representation of 8th to recognize. In the sectional view of 9 It can now be seen again that, starting from the left edge in the stacking direction after the pressure goggles with integrated end frame, only a few individual battery cells 1 between frame elements 4 are received, in which case between two of the battery cells 1 a frame element 4 ' with the bulkhead 12 or the crossbars 14 is arranged, and so on. It is sufficient to represent a safe battery, which too large amplitudes of the battery cells 1 safely excludes in the stacking direction when in the in 9 exemplified structure exemplified four bulkheads 12 Or alternatively transverse struts 14 - Are present, each having five to eight battery cells 1 in frame elements 4 without partition walls between them. This results in a very compact structure, since the slightly wider frame elements 4 not continuous but only four times within the entire stack 10 must be used, which in addition to the space and weight and material costs are saved. Nevertheless, the use of the bulkhead walls is sufficient 12 between every five to eight of the battery individual cells 1 in order to restrict possibly occurring oscillations in their amplitude so strong that a lasting damage to the individual battery cells 1 safe and reliable can be excluded.

Dieser beschriebene Aufbau der Batterie 6 eignet sich für verschiedene Batterietechnologien, da er eine Verbesserung der mechanischen Stabilität und letztlich eine Verbesserung der Lebensdauer der Batterieeinzelzellen, insbesondere beim Einsatz der Batterie 6 innerhalb eines Fahrzeugs, ermöglicht. Er ist jedoch insbesondere dann von entscheidendem Vorteil, wenn der eingesetzte Elektrolyt brennbar ist, da bei einem solchen Aufbau, wie er beispielsweise bei der Lithium-Ionen-Technologie zu finden ist, der zusätzliche Sicherheitsvorteil von besonders großer Bedeutung ist.This described construction of the battery 6 It is suitable for various battery technologies, as it improves the mechanical stability and ultimately improves the life of the battery cells, especially when using the battery 6 within a vehicle. However, it is of decisive advantage in particular when the electrolyte used is flammable, since in such a structure, as can be found for example in lithium-ion technology, the additional safety advantage is of great importance.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010055610 A1 [0002] DE 102010055610 A1 [0002]
  • DE 102009055852 A1 [0002] DE 102009055852 A1 [0002]
  • EP 1950070 A1 [0002] EP 1950070 A1 [0002]

Claims (10)

Batterie (6) mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen (1), mit zwischen Folien eingeschweißten elektrochemisch aktiven Elementen, wobei die Batterieeinzelzellen (1) jeweils zwischen zwei Rahmenelementen (4, 4') aufgenommen sind, und wobei die Batterieeinzelzellen (1) mit den Rahmenelementen (4, 4') zu einem Stapel (10) aufgestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Rahmenelemente (4') eine sich quer zur Stapelrichtung erstreckende Schottwand (12) oder mindestens eine Querstrebe (14) aufweisen.Battery ( 6 ) with a plurality of battery cells ( 1 ), with electrochemically active elements welded between foils, the battery cells ( 1 ) between two frame elements ( 4 . 4 ' ) and the battery cells ( 1 ) with the frame elements ( 4 . 4 ' ) to a stack ( 10 ) are stacked, characterized in that at least some of the frame elements ( 4 ' ) a transverse to the stacking direction extending bulkhead ( 12 ) or at least one transverse strut ( 14 ) exhibit. Batterie (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich einige der Rahmenelemente (4') die Schottwand (12) oder die Querstrebe(-n) (14) aufweisen und abwechselnd mit einem oder insbesondere mehreren Rahmenelementen (4) ohne Schottwand (12) in dem Stapel (10) verbaut sind.Battery ( 6 ) according to claim 1, characterized in that only some of the frame elements ( 4 ' ) the bulkhead wall ( 12 ) or the transverse strut (-n) ( 14 ) and alternately with one or more frame elements ( 4 ) without bulkhead ( 12 ) in the stack ( 10 ) are installed. Batterie (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Rahmenelemente (4, 4') mit zwei benachbarten Batterieeinzelzellen (1) in Kontakt steht, wobei der Stapel (10) an seinen Enden jeweils durch eine Druckbrille (9) mit integriertem Endrahmen abgeschlossen ist.Battery ( 6 ) according to claim 1 or 2, characterized in that each of the frame elements ( 4 . 4 ' ) with two adjacent battery cells ( 1 ), the stack ( 10 ) at its ends by a pressure gland ( 9 ) with integrated end frame is completed. Batterie (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottwand (12) oder die Querstrebe(-n) (14) in dem Rahmenelement (4') zwischen den beiden benachbarten Batterieeinzelzellen (1) angeordnet ist.Battery ( 6 ) according to claim 3, characterized in that the bulkhead ( 12 ) or the transverse strut (-n) ( 14 ) in the frame element ( 4 ' ) between the two adjacent battery cells ( 1 ) is arranged. Batterie (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (4, 4') aus Kunststoff ausgebildet sind, und insbesondere durch Spritzgießen hergestellt sind.Battery ( 6 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the frame elements ( 4 . 4 ' ) are made of plastic, and in particular produced by injection molding. Batterie (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottwand (12) oder die Querstrebe(-n) (14) als Einlegeteil in dem Rahmenelement (4') ausgebildet und insbesondere von dem Material des Rahmenelements (4') umspritzt ist.Battery ( 6 ) according to claim 5, characterized in that the bulkhead ( 12 ) or the transverse strut (-n) ( 14 ) as an insert in the frame element ( 4 ' ) and in particular of the material of the frame element ( 4 ' ) is sprayed over. Batterie (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (4') und die Schottwand (12) oder die Querstrebe(-n) (14) einstückig ausgebildet sind.Battery ( 6 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frame element ( 4 ' ) and the bulkhead wall ( 12 ) or the transverse strut (-n) ( 14 ) are integrally formed. Batterie (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils alle fünf bis acht Batterieeinzelzellen (1) in dem Stapel (10) ein Rahmenelement (4') mit Schottwand (12) oder Querstrebe(-n) (14) vorgesehen ist.Battery ( 6 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that for every five to eight individual battery cells ( 1 ) in the stack ( 10 ) a frame element ( 4 ' ) with bulkhead ( 12 ) or crossbar (-n) ( 14 ) is provided. Batterie (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den verschweißten Folien (Siegelnaht 2) zugewandten Bereiche der Rahmenelemente (4, 4') ein Elastomer (5) aufweisen.Battery ( 6 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the welded films (sealed seam 2 ) facing areas of the frame elements ( 4 . 4 ' ) an elastomer ( 5 ) exhibit. Verwendung einer Batterie (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug.Using a battery ( 6 ) according to one of claims 1 to 9, as a traction battery in an at least partially electrically driven vehicle.
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